Eesti Looduse fotov�istlus
2009/1



   Eesti Looduse
   viktoriin


   Eesti Looduse
   fotovõistlus 2012




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
artikkel EL 2009/1
Intelligentne sipelgapesa

Sipelgapesa on lesehituselt ja toimimise poolest hmmastavalt suure konoomsusega ssteem. Vrreldes keskmise sipelga ppimis- ja mtlemisvimet selgroogsete omaga tundub haigutav vahe ratu. Ent ometi on sipelgad suutnud tohutult palju: nad on kodustanud niteks lehetid ja kasvatavad endale soodsaid taimi ja seeni. Asjata ei peeta neid olendeid putukate hulgast kige edukamaks. Sipelgate elukorralduse edu vtit otsides vib palju ppida.

Iga liik vajab ellujmiseks toitu. Nii on ka sipelgapere jaoks vga thtis toit vimalikult kiiresti les leida ja pesasse toimetada.Vljaspool pesa liikumiseks kasutavad sipelgad peale nhtavate orientiiride jrgimise ka feromoonidega mrgistatud radadevrgustikku.

Oletame, et toidujahil olev sipelgas leidiski kaugel pesast toitu, mis oleks kiiresti vaja kodukuhilasse toimetada. mbruses on ju ka teisi sipelgapesasid, kes muidu ise saagi enda hvanguks ra kasutavad.

Kuna rvtoidujahil sipelgas ise mda lhnaradu ei liigu, siis on oluline leida vimalikult lhike tee tagasi kuhila juurde. Skaut kasutab orienteerumiseks maamrke ja pikest ning suudab vhemalt umbkaudu pesa asukoha kindlaks mrata.

Nii haarabki toidu avastanud sipelgas kandami ning asub pesa poole teele. Endast jtab ta aga maha vrske lhnaraja. Leides pesale lhenedes les vrgustiku, suundub sipelgas piki seda. Ka nd eritab ta htesoodu feromoone. Nnda ei ole putukal enam vimalik ra eksida: teda juhatab kodukuhila poole radadevrgustik.


Kuni 2004. aastani ei oldud pris kindlad, kuidas oskavad sipelgad valida hargnemiskohtades ige teeotsa. On ju igal hargmikul kolm suunda, millest ainult ks viib pesa poole. Arvati, et teeharud on lhnastatud eri intensiivsusega, kuid kinnitust sellele ei leitud. 2004. aastal otsiti Sheffieldi likoolis abi hoopistkkis geomeetriast [1].

Esimeses katses pandi kuhila poole suunduv vaaraosipelgas loomulikul teel kujunenud radadevrgustikku, peaga pesast eemale. Sipelgas asus teele ning judis esimese hargmikuni. 70% katsealustest putukatest taipasid, et pesa asub teisel pool, ning prdusid tagasi. Jreldus: vrgustiku hargmikel ikkagi on suund. Need on polariseerutud.

Teises katses saadi teooriale enamgi kinnitust. Hargmiku kolmest suunast viib ks kuhila poole, teised kaks aga eemale. Pesast eemale viivate rajaharude omavaheline nurk on looduslikus vrgustikus alati kige viksem. Katses vaadeldi ristmikke nurkadega 30 kuni 120 kraadi. Selgus, et keskmiselt teevad sipelgad kige rohkem igeid otsuseid, kui kuhilast eemale juhtivad harud on umbes 60-kraadise nurga all. Mis veel thtsam: katsest jreldus, et sipelgate orienteerumisvime oleneb harude omavahelisest nurgast. Erinevus optimaalsest nurgast mjutas sipelgate otsustusi. Seega on hargmikud polariseeritud geomeetriliselt.


Sraseid suunatud hargmike ssteeme leidub maailmas teisigi. Kujutelgem lihtsustatud sipelgarada, mille teatud viisil lbides saab juda toiduni. Sipelgas, kes seda mda teele asub, peab tegema teatud arvu otsuseid: kas prata paremale vi vasakule. Kui thistame prded paremale 1-ga ja vasakprded 0-ga, siis saame tulemuseks digitaalse koodi, mida jrgides juab kasuliku tulemuseni. Niteks 1010011011, mis thendab siis vastavalt paremale-vasakule-paremale-vasakule-vasakule jne.

Analoogia arvutite digitaalkoodiga on kll raskesti tajutav, kuid olemas. Vrgustik koos sipelgatega on vike, ent vga thus infossteem. Pole siis ime,sipelgatest on bioloogidega krvu huvitunud ka informaatika ja arvutite asjatundjad. Nende pisikeste putukate seas vlja arenenud ssteemidest on olnud kasu veakindlate programmide kirjutamisel ja tehniliste lahenduste vljattamisel.

Otsingumootorid, nagu Google, otsivad kasulikku informatsiooni samamoodi kui sipelgad peres, kelle eesmrk on leida kasulikku ainest: energiat andvat toitu. Skautsipelga rollis on otsingumootori puhul virtuaalne robot: programm, mis kammib lbi internetti. Sipelgapesi uurides on tuletatud hulk keerulisi algoritme, mis suurendavad selliste programmide efektiivsust.


Prdun tagasi sipelga juurde, kes toiduga lpuks kuhilasse judis ning endast vrske jlje maha jttis. Pesakaaslased, kes juhulikult leiavad lhnastatud raja, sibavad mda seda toitu otsima. Iga putukas, kes tagasi prdub, jtab jllegi endast maha lhnajlje. Rada muutub n.-. tugevamaks ning enam sipelgaid sstavad toidu jrele. Kui vrtuslik saak leiukohast otsa lpeb, ei tugevne enam ka lhnajlg.

Ent ks probleem psib: kolooniale on kulukas, kui sipelgad sagivad kasutut lhnajlge pidi thja, kuni see pikkamda haihtub. Kuidas on looduslik valik lahendanud selle probleemi?

Taas tehti 2005. aastal katseid Sheffieldi likoolis ning leiti, et ebasobivate radade mrgistamiseks kasutavadki sipelgad erilist feromooni, omamoodi keelumrki (no-entry signal) [2]. Seega, kui raja lpus enam toitu ei leidu, mrgivad thjalt tagasi prduvad tlised rajaharu ra. Niisugusel keelumrgil on analoog ka infossteemides.


Sipelgapesa mudeli abil saaks kirjeldada lihtsamaid pshilisi protsesse mtete ja ideede maailma.

Kujutelgem senitundmatut probleemi, mille lahendamine annab kasuliku tulemuse. Niteks peaksin esimest korda elus kivitama auto ja selle liikuma saama. Toiminguid, mida teha tuleb, on mitu: kik sisse, sidur alla, kik vlja, keera vtit, sidur lahti jms. Kik need tuleb sooritada kindlas jrjekorras. Vaadelgem iget jrjekorda kui otsustusjada (nagu varem 10010100...).

Proovin lbi erisuguseid toimingujrjestusi justkui mda vrgustikku ekslev sipelgas. Nagu arvata vib, lpeb enamik katsetusi ebannestumisega. Pisitasa pin aga kogemustest, tulemuseta ritused saavad thistatud keelumrkidega ning lpuks selgitan vlja toimingute ige jrjekorra. Mtteline sipelgas juab toiduni kasuliku seoseni. Siinkohal jrgneb ka positiivne tagasiside ja mtteskeem mrgitakse maha kui kasulik.

Jrgmisel korral on autot kivitada juba kergem: lhnarada on olemas. nnestumisel muutub mtteskeem jllegi tugevamaks ja kolmandal korral ma ehk enam ei eksigi. Varsti kasutan lahendust juba automaatselt.

Kuivrd saab krvutada neuronite td ning sipelgapesa toimimist? Sedagi on uuritud. Sipelgate tarkust nimetatakse kollektiivseks intelligentsiks (collective intelligence). Adun, et sipelgapesa intelligentsil vib neuronskeemidega isegi rohkem hist olla kui arvutitega. On ju mlemad isetekkelised ja vlja kujunenud, ise peavad ennast kigus hoidma ja arenema. Vib-olla aitab sipelgate uurimine mista ka mtlemist ennast. Arvutimaailmas on see juba toonud edu.

Sipelgad on erakordselt huvitavad olendid, kellelt on, mida ppida. Mrmekoloogia, nagu neme Sheffieldi hiljutiste avastuste phjal, on igati ndisaegne teadus.

Maailma sipelgauudistel saavad huvilised aga silma peal hoida internetis: http://www.antblog.co.uk/.


1. Jackson, Duncan E.; Holocombe, Mike; Ratnieks, Francis L. W. 2004. Trail geometry gives polarity to ant foraging networks. Nature 432: 907909.

2. Robinson, Elva J. H.; Jackson, Duncan E.; Holocombe, Mike; Ratnieks, Francis L. W. 2005. Insect communication: 'No entry' signal in ant foraging. Nature 438: 442.



Marten Laur
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012